低氮燃燒背景下的火力發電廠微油點火應用

鮑永武

摘 要：現階段，我國電力能源結構依舊以燃煤火力發電為主。燃煤鍋爐在啟爐以及低負荷運行的過程中需要以油料作為輔助燃料。這一過程不僅會形成成本的劇增，而且會形成環保指標的超標與爐體運行安全的隱患。因此，基于微油點火技術以及低氮燃燒技術的研究與應用受到社會各界的關注。本文以此為研究對象，探究其具體技術的理論與應用，希望能夠為下一步電廠鍋爐改造提供必要思路與指導。

關鍵詞：低氮燃燒；微油點火；燃煤鍋爐；電廠

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.171

1 引言

經過改革開放后多年的建設，目前我國在發電總量、電網建設等領域均處于國際先進水平。然而受限于我國的能源結構，現階段發電行業依舊以燃煤火力發電為主，并積極發展其他清潔能源發電模式。在眾多的火力發電廠中，煤粉爐成為主要的熱源設備。該類別設備通過噴射煤粉的方式提高燃燒效率，進而獲得更為穩定的熱能輸出。然而，基于煤粉的燃燒特性，其在低負荷以及啟爐的過程中需要通過大量的燃油予以輔助。而這一階段不僅造成了大量成本的浪費，也形成了大范圍的環境污染。據統計，在在線數據超標的時段中，有超過80%的超標行為出現在低負荷及啟爐中的燃油參與燃燒過程中。這為微油及低氮燃燒的研究奠定了必要基礎。

2 微油點火及低氮燃燒技術

從經濟與環保的角度考量，微油點火以及低氮燃燒在技術理論層面上是可行的，具體技術分析如下：

在微油點火方面：現階段燃煤鍋爐已經部分實現了小油槍點火的技術布局。對該技術進一步加以升級改造，以達到進一步降低油耗的目的，從而完成微油點火的技術改革。從實際技術的應用效果來看，單支油槍油耗控制在40kg/h以內，可以被稱之為微油油槍。此項技術的核心關鍵分為如下三個方面：一是需要通過對燃燒器進行重新布局設計，在原有的二級燃燒室基礎上，形成三級燃燒結構單元，進而使得煤粉的觸熱面積得到有效增加，燃油燃燒機點火效能得到充分的釋放；二是在三級分級燃燒室的涉及框架下進一步提高煤粉濃縮技術，使得風-煤混合物的綜合燃點有效降低，從而降低點火難度，此外對于煤粉的濃縮還有助于煤粉燃燒后熱量的釋放，有效的縮短燃油點火的持續時長；三是形成“契型”燃燒室開放結構，不僅可以使得煤粉在爐內得到充分的燃燒，同時經過三級燃燒室結構后煤粉燃燒所產生的熱量能夠形成更大的輻射單位，進而增加點火效果。

在低氮燃燒方面：燃煤鍋爐內煤炭燃燒的過程中會產生大量的氮氧化物，其中以一氧化氮、二氧化氮、氧化亞氮等為主，是主要的大氣污染物。環保部門也對煙氣中的氮氧化物排放進行實時監控，并征收對應因子下的環境稅。低氮燃燒的核心目的是在保障鍋爐正常運行工況的前提下形成更小的氮氧化物排放，從而達到節約成本、保護環境的根本目的。從低氮燃燒的技術角度來看，氮氧化物中占比最高的一氧化氮來源有兩個方面：一方面是空氣中的氮氣在燃燒室高溫情況下會生產一氧化氮；另一方面則是空氣中的氮氣與煤粉燃燒過程中所產生的其他化合物（如碳氫離子團等）形成氧化反應生產一定量的氮氧化物。這兩種來源所貢獻的氮氧化物占排放總量的95%以上。而低氮燃燒則是需要對上述兩個過程進行有效的工程控制。就具體的技術而言大致可以采取如下兩種方式：一種是利用燃燒控制技術降低氮氧化物的產生。在爐內進行區域劃分，除點火區域外形成燃燒區、再燃區和燃燼區。按照不同的化學反應特征來進行爐內環境調節。燃燒區控制空氣的通氣量，使其保持在氧氣不足的狀態，這一階段下產生的氮氧化物會與由于不充分燃燒而產生的碳氫化合物結合，以氮氣的形式進行釋放。在再燃區則采用低溫煙氣通入的方式來控制爐內含氧量，在抑制氮氧化物形成的基礎上還能夠對煙氣中的可燃物質及氮氧化物產生一定的回收去除效果。另一種則是采用化學方法對煙氣中的氮氧化物進行有效去除，如在煙道中加裝選擇性催化還原等裝置與設備，將煙氣中的氮氧化物轉化為氮氣進行排放，從而達到消除氮氧化物污染因子的根本目的。

3 微油點火及低氮燃燒應用建議

上文對微油點火及低氮燃燒的理論技術進行了系統總結，而在實際改造與應用過程中我們需要從如下兩個方面加以注意：

第一，在微油點火技術的改造應用過程中要明確點火器的結構特點，尤其是對其點火效能的節點控制進行嚴密的理論分析。以此為基礎對燃燒器進行改造時還應該注意在結構改變的過程中核心目的是通過熱能的釋放及其與煤粉壓縮之間的互動關系入手，不可為了降低油耗而產生總體功率的下降。與此同時，在具體分析與改造點火器的過程中可以設置燃燒室調節裝置，以應對不同煤粉品質的變化，達到可持續的應用效果。

第二，在低氮燃燒改造過程中要客觀分析鍋爐結構特征以及燃煤品質特性。以此為基礎對分級燃燒結構進行合理規劃。其規劃與改造核心是不降低燃燒效率的同時控制不同爐室內的燃燒溫度，從而降低氮氧化物的產生。具體而言，一是利用通風與煙氣混合氣的對比區分混合燃燒物的濃相與淡相。濃相進入主燃室通過充分燃燒形成有效的熱量釋放，淡相進入燃燼區域，通過二次通風的方式進一步釋放余熱；二是煙氣經過煙道冷卻后作為混合氣方式進入到通風體系，通過可控的通氣量與氧氣間產生有效平衡，提供將煙氣中部分氮氧化物二次還原的機會；三是需要做好近壁溫度規劃，此部分溫度相對較低，可以作為煙氣循環與排放的理想路線予以應用規劃。這一路徑下可以適當提高氧含量以避免高溫腐蝕現象的出現，同時還能夠進一步利用氧化還原反應將氮氧化物轉化為氮氣進行排放。

4 總結

微油點火及低氮燃燒是控制鍋爐運行經濟特性的重要指標，在現階段得到了越來越多的重視。在此種背景下，本文以燃煤鍋爐為研究對象，系統分析了微油點火與低氮燃燒的相關技術與理論要點，并從實際改造應用的視角下提出了兩方面注意事項。希望通過本文的研究能夠為下一步電廠鍋爐升級改造提供必要理論基礎與實踐指導。

參考文獻：

[1]楊崗，孫建強.煤粉鍋爐微油點火低氮燃燒技術的理論研究[J].應用能源技術，2018（02）：28-30.

[2]楊崗，孫建強.微油點火低氮燃燒器在火力發電廠的應用[J].電子技術與軟件工程，2018（04）：231.